聚乙烯电熔焊机恒温控制系统研制

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根据美国PPDC (Plastic Pipe Database Committee)对聚乙烯(Polyethylene,简称PE)管道失效原因的分析,发现除了第三方破坏之外,PE管道失效多发生在管道接头处。而随着聚乙烯管道在天然气输送、给排水方面越来越广泛的应用,作为保证管道质量的关键环节,管道连接技术的完善具有重要意义。电熔焊接技术作为一种方便迅速的焊接方式,其焊口可靠性高、外界干扰因素小,被广泛用于PE管的连接中。电熔焊接是对预埋设在电熔套筒内部的电熔丝加热,使电熔套筒内表面和管道外表面受热熔化,并由塑料管道自身的热胀效应使两者融合在一起的过程。焊接过程中,焊接电压、加热或冷却时间的变化都容易造成聚乙烯过焊或者冷焊,导致管道在使用时发生接头失效。本文在国家“十二五”科技支撑计划课题“基于风险的特种设备事故预防关键技术研究”(项目编号:2011BAK06B01)的支持下,以聚乙烯管道电熔焊机为研究对象,从电熔焊机工作原理、焊接工艺以及实现功能等方面展开全面调研,并进行总体设计,将恒温控制融入焊接过程中,主要工作内容如下:1)给出总体设计方案。在现有逆变焊机的基础上,加入温度闭环反馈调节,控制焊接温度,使聚乙烯在焊接过程中一直处于最佳熔融状态,从而保证焊接接头质量。2)搭建整体实验平台。本文首先设计了主回路、隔离驱动部分以及数据采集部分的总电路原理图,通过MATLAB验证原理可行性,然后进入电路实物制作阶段:绘制PCB设计图、制作电路板并搭建实验平台。3)完成了控制系统软件结构和程序设计:基于Mega16单片机为核心的控制系统,模块化设计了一套程序进行温度闭环反馈控制。4)实验调试分析。整体软硬件调试包括开环调试和闭环调试。通过开环调试验证和完善实验平台及控制程序;闭环调试证明了所搭建的实验平台能够实现恒温加热过程,成功的实现了恒温控制过程。恒温控制采用的PID调节输出精度高、响应速度快,可控制温度精度在±0.4℃。而且其与单片机结合,具有较高的灵活性和可控性,能根据用户需要相应的添加不同的拓展模块,如打印输出、LCD显示等。本次研究设计的恒温控制加热平台,能与电熔焊机结合,从而避免PE管道电熔接头因焊接不当产生的过焊和冷焊缺陷,保证了PE管道接头质量,减少了PE管的失效率,大大的提高了PE管道在燃气输送、给排水等应用领域的安全可靠性。
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